(57)【要約】電気機械式エンドエフェクタを作動させるためのロボット外科用器具は、ハウジング、第１の入力駆動装置、第２の入力駆動装置、及びシャフト組立体を含む。ハウジングは、器具駆動ユニットに連結されるように構成された近位端部を有する。第１及び第２の入力駆動装置は、ハウジング内に回転可能に配設されており、かつ器具駆動ユニットのそれぞれの第１及び第２のモータに駆動的に連結されるように構成されている。シャフト組立体は、ハウジング内から遠位に延在しており、かつシャフト及びロッドを含む。シャフトは、遠位端部、ならびに第１及び第２の入力駆動装置に動作可能に連結された近位端部を有する。ロッドは、シャフトの遠位端部に螺合的に連結された近位端部を有する。第１及び第２の入力駆動装置の回転が、シャフトを回転させて、シャフトに対するロッドの軸方向の動きをもたらす。【選択図】図５
2019509104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械式エンドエフェクタを作動させるためのロボット外科用器具であって、
器具駆動ユニットに連結されるように構成された近位端部を有するハウジングと、
前記ハウジング内に回転可能に配設されており、かつ前記器具駆動ユニットの第１のモータに駆動的に連結されるように構成されている、第１の入力駆動装置と、
前記ハウジング内に回転可能に配設されており、かつ前記器具駆動ユニットの第２のモータに駆動的に連結されるように構成されている、第２の入力駆動装置と、
前記ハウジング内から遠位に延在しているシャフト組立体と、を備え、前記シャフト組立体が、
遠位端部、ならびに前記第１及び第２の入力駆動装置に動作可能に連結された近位端部を有するシャフトと、
前記シャフトの前記遠位端部に螺合的に連結された近位端部を有するロッドと、を含み、前記第１及び第２の入力駆動装置の回転が、前記シャフトを回転させて、前記シャフトに対する前記ロッドの軸方向の動きをもたらす、ロボット外科用器具。
【請求項２】
前記シャフト組立体の前記シャフトが、長手方向軸を画定しており、前記第１及び第２の入力駆動装置が、前記長手方向軸に対して平行に、かつ前記長手方向軸からオフセットされて配向されている、請求項１に記載のロボット外科用器具。
【請求項３】
前記第１及び第２の入力駆動装置の各々が、歯車を含み、前記シャフト組立体の前記シャフトが、前記第１及び第２の入力駆動装置の各々の前記歯車が前記シャフトの歯車に回転運動を伝達するように、前記第１及び第２の入力駆動装置の各々の前記歯車と動作可能に係合している前記歯車を含む、請求項１に記載のロボット外科用器具。
【請求項４】
前記シャフトの前記歯車、ならびに前記第１及び第２の入力駆動装置の各々の前記歯車が、平歯車である、請求項３に記載のロボット外科用器具。
【請求項５】
前記第１及び第２の入力駆動装置の各々が、前記器具駆動ユニットの前記第１のモータ及び前記第２のモータのそれぞれの１つに駆動的に連結されるように構成された連結器を含む、請求項３に記載のロボット外科用器具。
【請求項６】
前記ロッドの前記近位端部が、前記シャフトの前記遠位端部内に配設されており、かつ前記シャフトが回転するときに回転することを防止される、請求項１に記載のロボット外科用器具。
【請求項７】
前記シャフト組立体の前記ロッドの遠位端部に動作可能に連結されたエンドエフェクタをさらに備え、前記エンドエフェクタが、一対の対向する顎部材であって、前記ロッドが軸方向に動くと、前記一対の対向する顎部材の間の間隙の大きさが変わり、かつそこからステープルを発射するように構成されている、一対の対向する顎部材を含む、請求項１に記載のロボット外科用器具。
【請求項８】
前記第１及び第２の入力駆動装置の各々が、歯車を含み、前記シャフト組立体の前記シャフトが、前記第１及び第２の入力駆動装置の各々の前記歯車が前記シャフトの歯車に回転運動を伝達するように、前記第１及び第２の入力駆動装置の各々の前記歯車と動作可能に係合している前記歯車を含む、請求項７に記載のロボット外科用器具。
【請求項９】
ロボットシステムと共に使用するための電気機械式外科用システムであって、
第１のモータ及び第２のモータを含む器具駆動ユニットと、
ロボット外科用器具と、を備え、前記ロボット外科用器具が、
前記器具駆動ユニットに連結されるように構成された近位端部を有するハウジングと、
前記ハウジング内に回転可能に配設されており、かつ前記器具駆動ユニットの前記第１のモータに駆動的に連結されるように構成されている、第１の入力駆動装置と、
前記ハウジング内に回転可能に配設されており、かつ前記器具駆動ユニットの前記第２のモータに駆動的に連結されるように構成されている、第２の入力駆動装置と、
前記ハウジング内から遠位に延在しているシャフト組立体と、を含み、前記シャフト組立体が、
遠位端部、ならびに前記第１及び第２の入力駆動装置に動作可能に連結された近位端部を有するシャフトと、
前記シャフトの前記遠位端部に螺合的に連結された近位端部を有するロッドと、を含み、前記第１及び第２のモータの作動による前記第１及び第２の入力駆動装置の回転が、前記シャフトを回転させて、前記シャフトに対する前記ロッドの軸方向の動きをもたらす、電気機械式外科用システム。
【請求項１０】
前記シャフト組立体の前記シャフトが、長手方向軸を画定しており、前記ロボット外科用器具の前記第１及び第２の入力駆動装置が、前記長手方向軸に対して平行に、かつ前記長手方向軸からオフセットされて配向されている、請求項９に記載の電気機械式外科用システム。
【請求項１１】
前記ロボット外科用器具の前記第１及び第２の入力駆動装置の各々が、歯車を含み、前記シャフト組立体の前記シャフトが、前記第１及び第２の入力駆動装置の各々の前記歯車が前記シャフトの歯車に回転運動を伝達するように、前記第１及び第２の入力駆動装置の各々の前記歯車と動作可能に係合している前記歯車を含む、請求項９に記載の電気機械式外科用システム。
【請求項１２】
前記シャフトの前記歯車ならびに前記第１及び第２の入力駆動装置の各々の前記歯車が、平歯車である、請求項１１に記載の電気機械式外科用システム。
【請求項１３】
前記ロボット外科用器具の前記第１及び第２の入力駆動装置の各々が、連結器を含み、前記器具駆動ユニットが、
前記第１のモータから延在しており、かつ前記ロボット外科用器具の前記第１の入力駆動装置の前記連結器に駆動的に連結されるように構成されている、第１の駆動連結器と、
前記第２のモータから延在しており、かつ前記ロボット外科用器具の前記第２の入力駆動装置の前記連結器に駆動的に連結されるように構成されている、第２の駆動連結器と、を含む、請求項９に記載の電気機械式外科用システム。
【請求項１４】
前記ロッドの前記近位端部が、前記シャフトの前記遠位端部内に配設されており、かつ前記シャフトが回転するときに回転することを防止される、請求項９に記載の電気機械式外科用システム。
【請求項１５】
前記ロボット外科用器具が、前記シャフト組立体の前記ロッドの遠位端部に動作可能に連結されたエンドエフェクタをさらに含み、前記エンドエフェクタが、一対の対向する顎部材であって、前記ロッドが軸方向に動くと、前記一対の対向する顎部材の間の間隙の大きさが変わり、かつそこからステープルを発射するように構成されている、一対の対向する顎部材を含む、請求項９に記載の電気機械式外科用システム。
【請求項１６】
前記一対の対向する顎部材からステープルを発射するように、前記器具駆動ユニットの前記第１のモータ及び前記第２のモータを作動させるように構成されたプロセッサをさらに備える、請求項１５に記載の電気機械式外科用システム。
【請求項１７】
前記プロセッサが、前記一対の対向する顎部材を動かすように、前記器具駆動ユニットの前記第１または第２のモータのうちの少なくとも一方を独立して作動させるように構成されている、請求項１６に記載の電気機械式外科用システム。
【請求項１８】
前記第１のモータ及び前記第２のモータが各々、前記第１のモータ及び前記第２のモータが同時に作動すると、前記第１及び第２のモータが一緒に最大トルク２Ｔを生成するように、最大トルクＴを生成するように構成されている、請求項９に記載の電気機械式外科用システム。
【請求項１９】
前記第１のモータが、マスターモータとして構成されており、前記第２のモータが、前記マスターモータ及びスレーブモータが同調して動作するように、前記マスターモータにより出力されるトルクの量に合わせる前記スレーブモータとして構成されている、請求項９に記載の電気機械式外科用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１６年３月４日に出願された、米国仮特許出願第６２／３０３，６９５号の利益及びその優先権を主張し、その全体的な開示は、参照により本明細書に組み込まれる
【背景技術】
【０００２】
ロボット外科用システムは、最小侵襲的医療手技において使用されている。いくつかのロボット外科用システムは、外科用ロボットアームを支持するコンソールと、ロボットアームに取り付けられた少なくとも１つのエンドエフェクタ（例えば、鉗子または把持ツール）を含む外科用器具とを含んだ。ロボットアームは、その操作及び動きのために外科用器具に機械的電力を提供した。各ロボットアームは、外科用器具に動作可能に接続される複数のモータを有する器具駆動ユニットを含んだかもしれない。
【０００３】
器具駆動ユニットの１つのモータを使用して、外科用器具のねじロッドを回転させ、次に、エンドエフェクタの顎部の開閉及び／またはエンドエフェクタのステープル留め機能をもたらした。ねじロッドが回転する速度は、エンドエフェクタの顎部が開閉する速度に直接比例した。しかしながら、既存の器具駆動ユニットは、ステープル留め及び／または切断機能を行うのに十分なトルクも提供しながら、所望の動作速度でエンドエフェクタの顎部を開閉することはない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示の態様によると、電気機械式エンドエフェクタを作動させるためのロボット外科用器具を提供する。ロボット外科用器具は、ハウジング、第１の入力駆動装置、第２の入力駆動装置、及びシャフト組立体を含む。ハウジングは、器具駆動ユニットに連結されるように構成された近位端部を有する。第１の入力駆動装置は、ハウジング内に回転可能に配設されており、かつ器具駆動ユニットの第１のモータに駆動的に連結されるように構成されている。第２の入力駆動装置は、ハウジング内に回転可能に配設されており、かつ器具駆動ユニットの第２のモータに駆動的に連結されるように構成されている。シャフト組立体は、ハウジング内から遠位に延在しており、かつシャフト及びロッドを含む。シャフトは、遠位端部、ならびに第１及び第２の入力駆動装置に動作可能に連結された近位端部を有する。ロッドは、シャフトの遠位端部に螺合的に連結された近位端部を有する。第１及び第２の入力駆動装置の回転が、シャフトを回転させて、シャフトに対してロッドの軸方向の動きをもたらす。
【０００５】
いくつかの実施形態において、シャフト組立体のシャフトは、長手方向軸を画定し得、第１及び第２の入力駆動装置は、長手方向軸に対して平行に、かつ長手方向軸からオフセットされて配向され得る。
【０００６】
第１及び第２の入力駆動装置の各々は、歯車を含み得ることが企図される。シャフト組立体のシャフトはまた、第１及び第２の入力駆動装置の各々の歯車がシャフトの歯車に回転運動を伝達するように、第１及び第２の入力駆動装置の各々の歯車と動作可能に係合している歯車を含み得る。シャフトの歯車ならびに第１及び第２の入力駆動装置の各々の歯車は、平歯車であり得る。
【０００７】
第１及び第２の入力駆動装置の各々は、器具駆動ユニットの第１のモータ及び第２のモータのそれぞれの１つに駆動的に連結されるように構成された連結器を含み得ることが想定される。
【０００８】
いくつかの態様において、ロッドの近位端部は、シャフトの遠位端部内に配設され得、シャフトが回転するときに回転するのを防止され得る。
【０００９】
いくつかの実施形態において、ロボット外科用器具は、シャフト組立体のロッドの遠位端部に動作可能に連結されたエンドエフェクタをさらに含み得る。エンドエフェクタは、一対の対向する顎部材であって、ロッドが軸方向に動くと、一対の対向する顎部材の間の間隙の大きさが変わり、かつそこからステープルを発射するように構成されている、一対の対向する顎部材を含み得る。
【００１０】
本開示の別の態様において、ロボットシステムと共に使用するための電気機械式外科用システムを提供する。電気機械式外科用システムは、第１のモータ及び第２のモータを含む器具駆動ユニットと、ロボット外科用器具とを含む。ロボット外科用器具は、ハウジング、第１の入力駆動装置、第２の入力駆動装置、及びシャフト組立体を含む。ハウジングは、器具駆動ユニットに連結されるように構成された近位端部を有する。第１の入力駆動装置は、ハウジング内に回転可能に配設されており、かつ器具駆動ユニットの第１のモータに駆動的に連結されるように構成されている。第２の入力駆動装置は、ハウジング内に回転可能に配設されており、かつ器具駆動ユニットの第２のモータに駆動的に連結されるように構成されている。シャフト組立体は、ハウジング内から遠位に延在している。シャフト組立体は、シャフト及びロッドを含む。シャフトは、遠位端部、ならびに第１及び第２の入力駆動装置に動作可能に連結された近位端部を有する。ロッドは、シャフトの遠位端部に螺合的に連結された近位端部を有する。第１及び第２のモータの作動による第１及び第２の入力駆動装置の回転が、シャフトを回転させて、シャフトに対するロッドの軸方向の動きをもたらす。
【００１１】
いくつかの実施形態において、シャフト組立体のシャフトは、長手方向軸を画定し得、ロボット外科用器具の第１及び第２の入力駆動装置は、長手方向軸に対して平行に、かつ長手方向軸からオフセットされて配向され得る。
【００１２】
ロボット外科用器具の第１及び第２の入力駆動装置の各々は、歯車を含み得ることが企図される。シャフト組立体のシャフトはまた、第１及び第２の入力駆動装置の各々の歯車がシャフトの歯車に回転運動を伝達するように、第１及び第２の入力駆動装置の各々の歯車と動作可能に係合している歯車を含み得る。シャフトの歯車ならびに第１及び第２の入力駆動装置の歯車は、平歯車であり得る。
【００１３】
ロボット外科用器具の第１及び第２の入力駆動装置の各々は、連結器を含み得ることが想定される。器具駆動ユニットは、第１の駆動連結器及び第２の駆動連結器を含み得る。第１の駆動連結器は、第１のモータから延在し得、かつロボット外科用器具の第１の入力駆動装置の連結器に駆動的に連結されるように構成され得る。第２の駆動連結器は、第２のモータから延在し得、かつロボット外科用器具の第２の入力駆動装置の連結器に駆動的に連結されるように構成され得る。
【００１４】
いくつかの態様において、ロッドの近位端部は、シャフトの遠位端部内に配設され得、シャフトが回転するときに回転することを防止され得る。
【００１５】
いくつかの実施形態において、ロボット外科用器具は、シャフト組立体のロッドの遠位端部に動作可能に連結されたエンドエフェクタをさらに含み得る。エンドエフェクタは、一対の対向する顎部材であって、ロッドが軸方向に動くと、一対の対向する顎部材の間の間隙の大きさが変わり、かつそこからステープルを発射するように構成されている、一対の対向する顎部材を含み得る。電気機械式外科用システムは、器具駆動ユニットの第１のモータ及び第２のモータを作動させて、一対の対向する顎部材からステープルを発射するように構成されたプロセッサをさらに含み得る。プロセッサは、器具駆動ユニットの第１または第２のモータの少なくとも１つを独立して作動させて、一対の対向する顎部材を動かすように構成され得る。
【００１６】
いくつかの態様において、第１のモータ及び第２のモータは、第１のモータ及び第２のモータが同時に作動すると、第１及び第２のモータが、合わせて最大トルク２Ｔを生成するように、最大トルクＴを生成するように各々構成され得る。
【００１７】
添付の図を参照して、例示的な本開示の実施形態のさらなる詳細及び態様を、下により詳細に記載する。
【００１８】
本明細書で使用される場合、平行及び垂直という用語は、正確な平行及び正確な垂直から最大約＋または−１０度まで、略平行及び略垂直である相対的な構成を含むことが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
添付の図を参照して、本開示の実施形態を本明細書に記載する。
【００２０】
【図１】本開示による電気機械式外科用システムを含むロボット外科用システムの概略図である。
【図２】外科用ロボットアームに取り付けられたロボット外科用器具及び器具駆動ユニットを図示している図１の電気機械式外科用システムの斜視図である。
【図３】第１のモータ及び第２のモータを図示している図２の器具駆動ユニットの断面図である。
【図４】図２のロボット外科用器具の斜視図である。
【図５】ロボット外科用器具の、図４の５−５線に沿って切り取られた断面図である。
【図６】本開示のロボット外科用器具と共に使用するための先行技術のエンドエフェクタの斜視図である。
【図７】本開示のロボット外科用器具と共に使用するための先行技術のエンドエフェクタの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
いくつかの図の各々において同様の符号が同一または対応する要素を指定している図を参照して、電気機械式エンドエフェクタを作動させるための電気機械式外科用システム、及びその方法を含む本開示のロボット外科用システムの実施形態を、詳細に記載する。本明細書で使用される場合、「遠位」という用語は、ユーザからより遠い、ロボット外科用システム、器具駆動ユニット、ロボット外科用器具、電気機械式エンドエフェクタ、もしくはそれらの構成要素の当該部分を指し、「近位」という用語は、ユーザからより近い、ロボット外科用システム、器具駆動ユニット、ロボット外科用器具、電気機械式エンドエフェクタ、またはそれらの構成要素の当該部分を指す。
【００２２】
図１〜５を参照して詳細に記載されるように、本開示は、外科用器具、例えば、ロボット外科用システムと共に使用するためのロボット外科用器具を対象とする。ロボット外科用器具は、下に詳細に記載されるように、ロボット外科用器具のエンドエフェクタの一定の機能の作動を共に駆動させる少なくとも２つのモータを有する器具駆動ユニットを含む。いくつかの実施形態において、例えば、手持ち式外科用ステープル留め装置の単一発射ロッドを共に駆動させる複数のモータを有する手持ち式外科用ステープル留め装置等の手持ち式外科用器具を提供し得る。
【００２３】
最初に図１及び２を参照すると、例えば、ロボット外科用システム１等の外科用システムは、概して、複数の外科用ロボットアーム２、３であって、そこに取り外し可能に取り付けられたロボット外科用器具１００を有する複数の外科用ロボットアーム２、３と、制御装置４と、制御装置４と連結された操作コンソール５と、を含む。
【００２４】
操作コンソール５は、特に３次元画像を表示するように設定された表示装置６と、手動入力装置７、８であって、該装置を介して、原則的に当業者に知られているように、ヒト（図示せず）、例えば、外科医が、第１の動作モードでロボットアーム２、３を遠隔操作することができる、手動入力装置７、８と、を含む。ロボットアーム２、３の各々は、関節を通して接続される複数の部材から構成され得る。ロボットアーム２、３は、制御装置４に接続される電気駆動装置（図示せず）により駆動され得る。制御装置４（例えば、コンピュータ）は、ロボットアーム２、３、それらの器具駆動ユニット２０、よってロボット外科用器具１００（電気機械式エンドエフェクタ２００を含む、図６及び７）が手動入力装置７、８を介して定義される動きに従って所望の動きを実行するように、特にコンピュータプログラムを介して駆動装置を作動させるように設定される。制御装置４はまた、ロボットアーム２、３及び／または駆動装置の動きを制御するように、設定され得る。
【００２５】
ロボット外科用システム１は、外科用器具、例えば、ロボット外科用器具１００を介して、最小侵襲的な方法で治療される手術台「ＳＴ」上に横たわる患者「Ｐ」上で使用するように構成されている。ロボット外科用システム１はまた、２つ超のロボットアーム２、３を含んでもよく、追加のロボットアームは、同様に、制御装置４に接続され、かつ操作コンソール５を介して遠隔操作可能である。外科用器具、例えば、ロボット外科用器具１００（電気機械式エンドエフェクタ２００を含む、図６及び７）はまた、追加のロボットアームに取り付けられ得る。
【００２６】
制御装置４は、ロボット外科用器具１００の駆動部材の相対的な回転を駆動させて、ロボット外科用器具１００の各電気機械式エンドエフェクタ２００の操作及び／または動きをもたらすように構成された各モータを有する、複数のモータ（モータ１・・・ｎ）を制御し得る。制御装置４は、それぞれの電気機械式エンドエフェクタ２００の操作及び／または動きを調製するために、種々のモータ（モータ１・・・ｎ）の作動を調製して、器具駆動ユニット２０の駆動部材（図示せず）の時計回りもしくは反時計回りの回転を調整することが企図される。実施形態において、各モータは、駆動ロッドもしくはレバーアームを作動させて、ロボット外科用器具１００の各電気機械式エンドエフェクタ２００の操作及び／または動きをもたらすように構成され得る。
【００２７】
ロボット外科用システムの構造及び操作についての詳細な考察については、発明の名称が「Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ」である、米国特許第８，８２８，０２３号を参照し得、その全体的な内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【００２８】
図２及び３を参照すると、ロボット外科用システム１は、ロボットアーム２、器具駆動ユニット２０、及びロボット外科用器具１００を含む、電気機械式外科用システム３０を含む。電気機械式外科用システム３０の器具駆動ユニット２０は、ロボット外科用器具１００に連結されるように構成されており、ロボット外科用器具１００は、ロボットアーム２と、またはこれに連結されるように構成されている。器具駆動ユニット２０は、ロボット外科用器具１００に給電するように構成されている。器具駆動ユニット２０は、そのモータ、例えば、第１のモータＭ１及び第２のモータＭ２からロボット外科用器具１００に電力及び作動力を伝達して、最終的に、ロボット外科用器具１００の電気機械式エンドエフェクタ２００（図６及び７）の構成要素の動き、例えば、ナイフ刃（図示せず）の動き、及び／または電気機械式エンドエフェクタ２００の顎部材２０２ａ、２０２ｂの開閉を駆動させる。
【００２９】
第１のモータＭ１は、マスターモータとして構成され得、第２のモータＭ２は、第１及び第２のモータＭ１、Ｍ２が同調して動作するように、マスターモータＭ１により出力されるトルクの量に合わせるスレーブモータとして構成され得る。第１及び第２のモータＭ１、Ｍ２は、第２のモータＭ２が、任意の所与の時間で第１のモータＭ１と同じトルクを生成して、最終的に、ロボット外科用器具１００の第１及び第２の入力駆動装置１０８、１１０を同じ速度で回転させるように、第１及び第２のモータＭ１、Ｍ２を同期化するプロセッサ「Ｐ」を介して互いに通信している。第１及び第２のモータＭ１、Ｍ２は、第１及び第２のモータＭ１、Ｍ２が同時に作動すると、第１及び第２のモータＭ１、Ｍ２が合わせて最大トルク２Ｔを生成するように、それらの大きさに従って最大トルクＴを生成し、かつ製造するように各々構成されている。いくつかの実施形態において、器具駆動ユニット２０は、器具駆動ユニット２０が２Ｔよりも大きいトルクを生成し得るように、複数のスレーブモータを含み得る。
【００３０】
実施形態において、特定の量のトルクが、器具駆動ユニット２０により出力されるように所望されるとき（例えば、臨床医または制御装置４により決定されるように）、プロセッサは、第１及び第２のモータＭ１、Ｍ２により出力されたトルクを合わせたトルクが所望のトルクと一致するように、第２のモータＭ２に、所望のトルクと第１のモータＭ１により出力されるトルクとの間の差に等しいトルクを出力させるように構成され得る。実施形態において、第２のモータＭ２は、一定のトルクを出力するように構成され得、第１のモータＭ１は、最大所望のトルクまで、器具駆動ユニット２０により出力される総トルクをもたらすトルクの量を出力するように構成され得る。
【００３１】
器具駆動ユニット２０は、出力シャフト２２、２４が互いに対して独立して回転可能であるように、それぞれの第１及び第２のモータＭ１、Ｍ２に取り付けられた複数の回転可能な出力シャフト２２、２４を含む。いくつかの実施形態において、器具駆動ユニット２０は、２つ超のモータ、例えば、３つまたは４つのモータであって、各々がそれらに回転可能に取り付けられるそれぞれの出力シャフトを有する、２つ超のモータ、例えば、３つまたは４つのモータを含み得る。実施形態において、第１のモータＭ１は、マスターモータであり得、２つ以上のモータは、スレーブモータとして機能し得る。器具駆動ユニット２０は、第１及び第２の駆動連結器２６、２８が、それぞれ、第１及び第２のモータＭ１、Ｍ２から延在するように、それぞれの第１及び第２の出力シャフト２２、２４に回転不能に取り付けられた第１の駆動連結器２６及び第２の駆動連結器２８を有する。第１及び第２の駆動連結器２６、２８は、ロボット外科用器具１００のそれぞれの第１及び第２の入力駆動装置１０８、１１０（図４）に駆動的に連結するように構成された機械的インターフェース２６ａ、２８ａ、例えば、複数の歯部または冠歯車を有する。このように、下に詳細に記載されるように、第１及び第２のモータＭ１、Ｍ２の作動が、ロボット外科用器具１００が器具駆動ユニット２０に動作可能に係合されたときに、互いに同じ速度でのロボット外科用器具１００の第１及び第２の入力駆動装置１０８、１１０の回転をもたらす。
【００３２】
器具駆動ユニット２０は、センサ、例えば、第１及び第２のモータＭ１、Ｍ２に接続されたトルクトランスデューサ３２を含む。トルクトランスデューサ３２は、それらの動作中に、モータＭ１、Ｍ２により出力されるトルクの量を検知する。器具駆動ユニット２０のプロセッサ「Ｐ」は、トルクトランスデューサ３２と通信して、トルクトランスデューサ３２により検知されるトルクの量に基づき、第１及び／または第２のモータＭ１、Ｍ２により出力される電力の量を制御する。具体的には、エンドエフェクタ２００の一定の機能、例えば、組織のステープル留め及び／または組織の切断を実行するために追加のトルクが必要とされるとき、プロセッサ「Ｐ」は、第２のモータＭ２（第１のモータＭ１と同時に動作するように）を作動させて、第２のモータＭ２に、第１のモータＭ１と同じトルクを生成させるだろう。
【００３３】
さらに、器具駆動ユニット２０は、ロボット外科用器具１００のシャフト組立体１２０（図５）の発射力及び後退力の両方を検出及び測定することができるセンサ（例えば、圧力センサ）（図示せず）を含む。プロセッサ「Ｐ」は、圧力センサと通信し、圧力センサにより検知される力の量が、組織がクランプされ、かつステープル留めの準備ができたことを示すときに、第１及び第２のモータＭ１、Ｍ２の両方を同時に作動させるように構成されている。プロセッサ「Ｐ」はまた、圧力センサにより検知される力の量が、電気機械式エンドエフェクタ２００の顎部２０２ａ、２０２ｂ間に組織がクランプされていないことを示すときに、１つのみの第１のモータＭ１を作動させるように構成されている。
【００３４】
このように、トルクＴは、電気機械式エンドエフェクタ２００の顎部２０２ａ、２０２ｂ間に配設された組織をクランプ及びアンクランプするために、器具駆動ユニット２０により出力され、トルク２Ｔは、電気機械式エンドエフェクタ２００の顎部２０２ａ、２０２ｂ間にクランプされた組織をステープル留め及び／または切断するために、器具駆動ユニット２０により出力される。トルクトランスデューサ３２、圧力センサ、及び／またはプロセッサ「Ｐ」は、電気機械式外科用システム３０の構成要素のうちのいずれかに配設され得ることが企図される。臨床医は、電気機械式エンドエフェクタ２００への所望の効果、例えば、クランピング／アンクランピング、もしくはステープル留め／切断に応じて、第１のモータＭ１、第２のモータＭ１、もしくは第１及び第２のモータＭ１、Ｍ２を同時に作動させ得ることが企図される。いくつかの実施形態において、器具駆動ユニット２０は、組織をステープル留め及び／もしくは切断するために、トルク２Ｔ超もしくは未満を出力するように構成され得る。
【００３５】
図４及び５を参照すると、ロボット外科用器具１０は、概して、ロボット外科用器具１００と、ロボット外科用器具１００から遠位に延在している電気機械式エンドエフェクタ２００と、を含む。
【００３６】
ロボット外科用器具１００は、ハウジング１０２と、ハウジング１０２内から遠位に延在しているシャフト組立体１２０と、を含む。ロボット外科用器具１００のハウジング１０２は、略円筒状の構成を有し、かつ器具駆動ユニット２０に連結されるように構成された近位端部１０２ａ、及び遠位端部１０２ｂを有する。実施形態において、ハウジング１０２は、ロボットアーム２の遠位端部２ａを受容するのに好適な任意の形状であり得る。ハウジング１０２は、ロボット外科用器具１００の種々の構成要素を収容する空洞１０５を画定している。ハウジング１０２の近位端部１０２ａは、各々がハウジング１０２の空洞１０５内に回転可能に配設されており、かつシャフト組立体１２０により画定された長手方向軸「Ｘ」と平行に整列して延在している第１の入力駆動装置１０８及び第２の入力駆動装置１１０を支持している。いくつかの実施形態において、ハウジング１０２は、２つ超の入力駆動装置を含み得る。ロボット外科用器具１００の第１及び第２の入力駆動装置１０８、１１０は、ロッド形状であるものとして図示されているが、任意の他の好適な形状を取り得ることが企図される。
【００３７】
ロボット外科用器具１００の第１及び第２の入力駆動装置１０８、１１０は、近位端部及び遠位端部を各々有する。第１及び第２の入力駆動装置１０８、１１０の各々の近位端部は、ハウジング１０２ａの近位端部に配設された近位連結器１０８ａ、１１０ａ、例えば、冠歯車を含む。第１及び第２の入力駆動装置１０８、１１０の各々の近位連結器１０８ａ、１１０ａは、器具駆動ユニット２０のそれぞれの第１及び第２の駆動連結器２６、２８の機械的インターフェース２６ａ、２８ａ（図３）に着脱可能に回転不能に連結されるように構成されている。このように、器具駆動ユニット２０をロボット外科用器具１００のハウジング１０２と接続させるとき、ロボット外科用器具１００の第１及び第２の入力駆動装置１０８、１１０は、器具駆動ユニット２０のそれぞれの第１及び第２のモータＭ１、Ｍ２に駆動的に連結される。いくつかの実施形態において、ロボット外科用器具１００の近位連結器１０８ａ、１１０ａは、斜歯歯車、ベルト駆動組立体、または第１及び第２の入力駆動装置１０８、１１０と器具駆動ユニット２０との間で回転運動を伝達するための任意の他の好適な機構を介して、器具駆動ユニット２０のそれぞれの第１及び第２の駆動連結器２６、２８に接続され得る。第１及び第２の入力駆動装置１０８、１１０の各々の遠位端部は、遠位連結器１０８ｂ、１１０ｂ、例えば、平歯車を含む。ロボット外科用器具１００の第１及び第２の入力駆動装置１０８、１１０の各々の遠位連結器１０８ｂ、１１０ｂは、ロボット外科用器具１００のシャフト組立体１２０の歯車１２６と噛み合い係合している。
【００３８】
よって、器具駆動ユニット２０の第１及び第２のモータＭ１、Ｍ２が同時に作動すると、器具駆動ユニット２０の第１及び第２の駆動連結器２６、２８が回転し、結果として、ハウジング１０２の第１及び第２の近位連結器１０８ａ、１１０ａを介したロボット外科用器具１００の第１及び第２の入力駆動装置１０８、１１０の同時の回転を生じる。ロボット外科用器具１００のハウジング１０２の第１の入力駆動装置１０８及び／または第２の入力駆動装置１１０の回転が、シャフト組立体１２０の内部シャフト１２４の回転を駆動させて、最終的に電気機械式エンドエフェクタ２００の顎部材２０２ａ、２０２ｂの開閉、顎部材２０２ａ、２０２ｂからのステープル（図示せず）の発射、及び／または電気機械式器具２００のナイフ刃（図示せず）の作動を生じる。いくつかの実施形態において、ロボット外科用器具１００の遠位連結器１０８ｂ、１１０ｂは、斜歯歯車、ベルト駆動組立体、または第１及び第２の入力駆動装置１０８、１１０とシャフト組立体１２０との間で回転運動を伝達するための任意の他の好適な機構を介して、シャフト組立体１２０に接続され得る。
【００３９】
いくつかの実施形態において、第２の入力駆動装置１１０は、第２の入力駆動装置１１０の遠位連結器１１０ｂが内部シャフト１２４の歯車１２６と噛み合い係合していない第１の位置と、第２の入力駆動装置１１０の遠位連結器１１０ｂが内部シャフト１２４の歯車１２６と噛み合い係合している第２の位置との間で移動可能である。このように、電気機械式エンドエフェクタ２００の機能を作動させるために、より多くのトルクが必要とされるとき、第２の入力駆動装置１１０は、第１の位置から第２の位置へと移動され得る。追加のトルクが必要とされないとき、第２の入力駆動装置１１０は、第１の位置へと移動され得る。
【００４０】
上記のように、ロボット外科用器具１００は、ハウジング１０２内から遠位に延在しているシャフト組立体１２０を含む。シャフト組立体１２０は、器具駆動ユニット２０を、電気機械式エンドエフェクタ２００の顎部材２０２ａ、２０２ｂ及び電気機械式エンドエフェクタ２００のステープルアクチュエータ（図示せず）と動作可能に相互連結する。シャフト組立体１２０は、概して、外部管または外部シャフト１２２、内部シャフト１２４、及びねじロッド１３０を含む。外部シャフト１２２は、電気機械式エンドエフェクタ２００の一方または両方の顎部材２０２ａ、２０２ｂに機械的に取り付けられた近位端部１２２ａ、遠位端部１２２ｂを有する。
【００４１】
シャフト組立体１２０の内部シャフト１２４は、近位端部１２４ａ及び遠位端部１２４ｂを有する。内部シャフト１２４の近位端部１２４ａは、第１及び第２の入力駆動装置１０８、１１０の遠位連結器１０８ｂ、１１０ｂが内部シャフト１２４の歯車１２６に回転運動を伝達するように、ハウジング１０２のそれぞれの第１及び第２の入力駆動装置１０８、１１０の両方の遠位連結器１０８ｂ、１１０ｂと噛み合い係合している歯車１２６、例えば、平歯車を有する。内部シャフト１２４の遠位端部１２４ｂは、そこを長手方向に通るねじ孔１２８を画定している。シャフト組立体１２０のロッド１３０は、内部シャフト１２４のねじ孔１２８に螺合的に係合されたねじ外部表面１３２を有する。シャフト組立体１２０のロッド１３０は、ロッド１３０が回転するのを防止する、それに応じて成形された固定具（明示的に図示せず）内に配設された非円形部分（図示せず）を有する。このように、シャフト組立体１２０のシャフト１２４が回転するときに、シャフト組立体１２０のロッド１３０は、それと共に回転しないが、代わりに、シャフト１２４に対して軸方向に並進するか、または動く。
【００４２】
ロッド１３０のねじ外部表面１３２は、ロッド１３０の長さの１インチ当たりおよそ３２本の高いねじピッチを有する。ロッド１３０のねじ外部表面１３２の高いねじピッチは、シャフト１２４の１回転当たりのロッド１３０の高速の軸方向の動きを提供し、最終的に、電気機械式エンドエフェクタ２００の顎部材２０２ａ、２０２ｂの高速の開閉を生じる。
【００４３】
ロッド１３０は、ハウジング１０２の遠位端部１０２ｂから外部シャフト１２２の長さを通して延在し、電気機械式エンドエフェクタ２００の顎部材２０２ａ、２０２ｂで終端する。ロッド１３０の遠位端部（図示せず）は、ロッド１３０の軸方向の動きが、電気機械式エンドエフェクタ２００の顎部材２０２ａ、２０２ｂの開閉、ならびに電気機械式エンドエフェクタ２００のステープル留め機能及び切断機能の動作をもたらすように、エンドエフェクタ２００の構成要素に動作可能に連結される。
【００４４】
エンドエフェクタ２００の構造及び動作についての詳細な考察については、発明の名称が「ＳＵＲＧＩＣＡＬ  ＳＴＡＰＬＩＮＧ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ」である、２００４年１１月５日に出願された、米国特許第６，９５３，１３９号を参照し得、その全体的な内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【００４５】
使用時、電気機械式エンドエフェクタ２００の顎部材２０２ａ、２０２ｂ間の間隙の大きさを変更するために、器具駆動ユニット２０は、ロボット外科用器具１００に動作可能に連結される。次に、器具駆動ユニット２０の第１のモータＭ１を作動させて、器具駆動ユニット２０の第１の出力シャフト２２の回転を駆動させる。第１の出力シャフト２２の回転が、器具駆動ユニット２０の第１の駆動連結器２６の機械的インターフェース２６ａと、ロボット外科用器具１００の第１の入力駆動装置１０８の近位連結器１０８ａとの間の噛み合い係合を介したロボット外科用器具１００の第１の入力駆動装置１０８の回転をもたらす。ロボット外科用器具１００の第１の入力駆動装置１０８の回転が、第１の入力駆動装置１０８の遠位連結器１０８ｂと内部シャフト１２４の歯車１２６との噛み合い係合を介したシャフト組立体１２０の内部シャフト１２４の時計回りまたは反時計回りのいずれかの回転を駆動させる。
【００４６】
内部シャフト１２４の回転が、シャフト組立体１２０のロッド１３０を、近位方向または遠位方向にシャフト１２４に対して軸方向に動かす。シャフト１２４に対するロッド１３０の近位軸方向の動きが、電気機械式エンドエフェクタ２００の顎部材２０２ａ、２０２ｂの閉鎖を作動させ、シャフト１２４に対するロッド１３０の遠位軸方向の動きが、電気機械式エンドエフェクタ２００の顎部材２０２ａ、２０２ｂの開口を作動させる。いくつかの実施形態において、ロッド１３０の遠位軸方向の動きが、顎部材２０２ａ、２０２ｂを閉鎖し得、ロッド１３０の近位軸方向の動きが、顎部材２０２ａ、２０２ｂを開口し得る。上記のように、ロッド１３０の高いねじピッチに起因して、顎部材２０２ａ、２０２ｂは、高速で開閉する。
【００４７】
顎部材２０２ａ、２０２ｂ間に組織がクランプされた状態で、ステープルは、電気機械式エンドエフェクタ２００から組織内に発射され得、電気機械式エンドエフェクタ２００のナイフ刃は、特定の外科手技を実行するように、組織を通して並進され得る。顎部２０２ａ、２０２ｂ間にクランプされた組織からのシャフト組立体１２０の内部シャフト１２４の回転に対する抵抗が増加し、ロッド１３０のねじピッチが増加する。よって、電気機械式エンドエフェクタ２００のステープル留め機能及び／または切断機能を実行するために、第１のモータＭ１が単独で提供することができるものよりも多くのトルクを必要とし得る。
【００４８】
顎部材２０２ａ、２０２ｂ間にクランプされた組織をステープル留めするために、第２の入力駆動装置１１０が第１の入力駆動装置１０８と同じ速度で回転し、第２の入力駆動装置１１０の遠位連結器１１０ｂと、内部シャフト１２４の歯車１２６との間にスリップが生じないように、第２のモータＭ２が第１のモータＭ１により出力されるトルクと一致するように、十分な量の電力が、器具駆動ユニット２０の第２のモータＭ２に送達される。ロボット外科用器具１００の第２の入力駆動装置１１０の回転が、第１の入力駆動装置１０８によるシャフト組立体１２０の内部シャフト１２４に適用されるトルクを補完する。シャフト組立体１２０の内部シャフト１２４の回転は、第１及び第２のモータＭ１、Ｍ２の作動により駆動される、第１及び第２の入力駆動装置１０８、１１０の両方により駆動されるため、組織を通したステープル留めまたは組織を通したナイフ刃の動きに対して電気機械式エンドエフェクタ２００により経験されるいかなる抵抗も、第２のモータＭ２により提供される追加のトルクにより解消され得る。第１のモータＭ１のみの代わりに、第１及び第２のモータＭ１、Ｍ２の両方を作動させて、顎部材２０２ａ、２０２ｂを開閉し得ることが企図される。
【００４９】
いくつかの実施形態において、シャフト組立体は、回転運動を直線運動へと変換するためのキャプスタン／ワイヤスプール機構を使用する外科用器具へと組み込まれ得る。例えば、この実施形態において、内部シャフト１２４の歯車１２６は、周りに巻かれるワイヤ（複数可）またはケーブル（複数可）を有するキャプスタンとして構成され得る。
【００５０】
本明細書に開示されている実施形態に対して種々の変形を行ってもよいことが理解されるだろう。したがって、上の説明は、限定としてではなく、種々の実施形態の単なる例証として解釈されるべきである。当業者であれば、本明細書に添付されている特許請求の範囲の範囲及び主旨内で、他の変形例を想定するだろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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